《图论及其应用》课程教学课件（PPT讲稿）第二章 树 2-1 树的概念与性质

第二章树 本章主要内容 一、树的概念与性质 二、生成树 三、最小生成树 授课学时 授课学时：6学时

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 1 第二章 树 本章主要内容 一、树的概念与性质 二、生成树 三、最小生成树 授课学时 授课学时：6学时

本次课主要内容 (一)、树的概念与应用 (二)、树的性质 (三)、树的中心与形心

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 2 本次课主要内容 (一)、树的概念与应用 (二)、树的性质 (三)、树的中心与形心

(一)、 树的概念与应用 1、树的概念 定义1不含圈的图称为无圈图，树是连通的无圈图。 例如：下面的图均是树 树T3 树T 树T2 树T4

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 3 1、树的概念 (一)、树的概念与应用 定义1 不含圈的图称为无圈图，树是连通的无圈图。 例如：下面的图均是树 树T1 树T2 树T3 树T4

定义2称无圈图G为森林。 注：(1)树与森林都是单图； (2)树与森林都是偶图。 例1画出所有不同构的6阶树。 解：按树中存在的最长路进行枚举。6阶树中能够存在 的最长路最小值为2，最大值为5。 文义Y丫

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 4 定义2 称无圈图G为森林。 注: (1)树与森林都是单图; (2) 树与森林都是偶图。 例1 画出所有不同构的6阶树。 解：按树中存在的最长路进行枚举。6阶树中能够存在 的最长路最小值为2，最大值为5

2、树的应用 树是图论中应用最为广泛的一类图。在理论上，由 于树的简单结构，常常是图论理论研究的“试验田”。 在实际问题中，许多实际问题的图论模型就是树。 例2族谱图与树 要把一个家族的繁衍情况简洁直观表达出来，用点 表示家族中成员，成员x是成员y的儿女，把点x画在点 y的下方，并连线。如此得到的图，是一颗树，称为根 树。示意如下： 根树

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 5 树是图论中应用最为广泛的一类图。在理论上，由 于树的简单结构，常常是图论理论研究的“试验田”。 在实际问题中，许多实际问题的图论模型就是树。 例2 族谱图与树 2、树的应用 要把一个家族的繁衍情况简洁直观表达出来，用点 表示家族中成员，成员x是成员y的儿女，把点x画在点 y的下方，并连线。如此得到的图，是一颗树，称为根 树。示意如下： 根树

实际上，根树是许多问题的模型，如社会结构， 计算机数据结构，数学中的公式结构，分类枚举表 示等。 例3道路的铺设与树 假设要在某地建造4个工厂，拟修筑道路连接这4处。 经勘探，其道路可按下图的无向边铺设。现在每条边的 长度已经测出并标记在图的对应边上，如果我们要求铺 设的道路总长度最短，这样既能节省费用，又能缩短 工期，如何铺设？

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 6 实际上，根树是许多问题的模型，如社会结构， 计算机数据结构，数学中的公式结构，分类枚举表 示等。 例3 道路的铺设与树 假设要在某地建造4个工厂，拟修筑道路连接这4处。 经勘探，其道路可按下图的无向边铺设。现在每条边的 长度已经测出并标记在图的对应边上，如果我们要求铺 设的道路总长度最短，这样既能节省费用，又能缩短 工期 ，如何铺设？ v2 v3 v4 e2 e3 e4 v1 e1 e5 e6

该问题归结于在图中求所谓的最小生成树问题。或 称为赋权图中的最小连接问题。 例4化学中的分子结构与树 例如：CH1的两种同分异构结构图模型为： hh h h h h

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 7 该问题归结于在图中求所谓的最小生成树问题。或 称为赋权图中的最小连接问题。 例4 化学中的分子结构与树 例如：C4H10的两种同分异构结构图模型为： h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h

例5电网络中独立回路与图的生成树 早在19世纪，图论还没有引起人们关注的时候，物理学 家克希荷夫就已经注意到电路中的独立回路与该电路中的所 谓生成树的关系。即：如果电路是(m,m)图，则独立回路的 个数为m-n+1.并且，生成树添上生成树外的G的一条边，就 可以得到一独立回路。 例6通信网络中的组播树 在单播模型中，数据包通过网络沿着单一路径从源主机向 目标主机传递，但在组播模型中，组播源向某一组地址传递数 据包，而这一地址却代表一个主机组。为了向所有接收者传 递数据，一般采用组播分布树描述P组播在网络里经过的路 径。组播分布树有四种基本类型：泛洪法、有源树、有核树 和Steiner7树

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 8 例5 电网络中独立回路与图的生成树 早在19世纪，图论还没有引起人们关注的时候，物理学 家克希荷夫就已经注意到电路中的独立回路与该电路中的所 谓生成树的关系。即：如果电路是(n, m)图，则独立回路的 个数为m-n+1.并且，生成树添上生成树外的G的一条边，就 可以得到一独立回路。 例6 通信网络中的组播树 在单播模型中，数据包通过网络沿着单一路径从源主机向 目标主机传递，但在组播模型中，组播源向某一组地址传递数 据包，而这一地址却代表一个主机组。为了向所有接收者传 递数据，一般采用组播分布树描述IP组播在网络里经过的路 径。组播分布树有四种基本类型：泛洪法、有源树、有核树 和Steiner树

总之，树在图论研究和图论应用上都是十分典型 的特殊图。 (二)、树的性质 定理1每棵非平凡树至少有两片树叶。 证明设PVY2Vk是非平凡树T中一条最长路，则v 与V在T中的邻接点只能有一个，否则，要么推出P 不是最长路，要么推出T中存在圈，这都是矛盾！ 即说明v,与y2是树叶。 定理2图G是树当且仅当G中任意两点都被唯一的路 连接。 证明：“必要性” 若不然，设P,与P是连接u与v的两条不同的路。则

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 9 总之，树在图论研究和图论应用上都是十分典型 的特殊图。 定理1 每棵非平凡树至少有两片树叶。 证明 设P=v1v2.vk是非平凡树T中一条最长路，则v1 与vk在T中的邻接点只能有一个，否则，要么推出P 不是最长路，要么推出T中存在圈，这都是矛盾！ 即说明v1与v2是树叶。 定理2 图G是树当且仅当G中任意两点都被唯一的路 连接。 证明：“必要性” 若不然，设P1与P2是连接u与v的两条不同的路。则 (二)、树的性质

由这两条路的全部或部分将构成二个圈，这与G是 树相矛盾。 “充分性” 首先，因G的任意两点均由唯一路相连，所以G是 连通的。 其次，若G中存在圈，则在圈中任取点u与v,可得 到连接u与v的两条不同的路，与条件矛盾。 定理3设T是(m,m)树，则： m=n-1 证明：对n作数学归纳。 10

0.8 1 0.6 0.4 0.2 0 x t 0 0.5 1 1.5 2 −1 −0.5 0 0.5 1 n 10 由这两条路的全部或部分将构成一个圈，这与G是 树相矛盾。 “充分性” 首先，因G的任意两点均由唯一路相连，所以G是 连通的。 其次，若G中存在圈，则在圈中任取点u与v，可得 到连接u与v的两条不同的路，与条件矛盾。 定理3 设T是(n, m)树，则： m n = −1 证明：对n作数学归纳